[发明专利]一种优化流场的DPF再生系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种优化流场的DPF再生系统及控制方法，主要包括DPF系统、NTP系统和控制模块。所述DPF系统包含布置于上游扩张腔处的整流叶片、DPF、缠绕于DPF外壳的励磁线圈及可调频电源，整流叶片保证气体进入DPF时为均匀流场，利用励磁线圈产生感生电场使气流绕DPF轴线旋转，增加NTP活性气体与颗粒物的碰撞次数，提高NTP活性气体的利用率。所述NTP系统以空气为气源，经NTP发生器放电产生活性物质，由安装于DPF上游的喷嘴喷出，进入DPF内部与颗粒物反应，实现再生。所述NTP系统、DPF系统均与所述控制模块连接。本发明在发动机运行状态下对DPF进行实时再生，有效解决了因发动机排气流量大、流速快而导致的NTP利用率下降问题。

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，具体地，涉及一种优化流场的DPF再生系统及控制方法。

背景技术

相较于汽油机，柴油机的燃油经济性更好，热效率高，输出单位功率所排放的CO₂量更小，但其排气成分复杂，尤其是NO_x及颗粒物(Particulate Matter，PM)的排放量较大。PM排放会严重影响柴油机辅助系统的正常运转，如造成EGR系统堵塞，DPF阻塞，从而导致排气背压增大，燃油消耗增加等问题。同时，PM对人体也会造成严重的危害。PM中含有多种有机可溶性成分(Soluble Organic Fraction，SOF)及多环芳香烃(Polycyclic AromaticHydrocarbons，PAHs)，如苯并芘等，具有极强的毒性，会对人体心脏、呼吸系统造成破坏，已被美国环保署(Environmental Protection Agency,EPA)列为致癌物质之一。欧盟最新的排放法规对PM的质量排放和数量排放都进行了限制。为满足日益严格的排放法规，柴油机微粒捕集器(Diesel Particular Filter，DPF)技术应运而生。目前，该技术被认为是处理PM排放最为有效的手段，过滤效率可达到90％以上。

DPF通常采用壁流式滤芯结构，在过滤层相邻的通道中，选择两端中的任意一端堵塞，从而强迫废气通过多孔壁面，实现对PM的捕集。但是PM的积聚，会导致DPF阻塞，排气背压升高，油耗增加等后果。所以为提高DPF的实用性，需要开发简单高效的PM去除技术，实现DPF的再生。

传统的DPF再生技术有热再生技术、催化再生技术和连续再生技术。热再生技术将沉积在DPF中的PM进行燃烧，从而实现DPF的再生，如电加热再生，喷油助燃再生等。但是这类再生技术会产生650℃以上的高温，会对DPF载体造成较大的破坏，且能耗大，不是理想的再生技术。催化再生技术则是在燃油添加催化剂或DPF载体上涂覆催化剂，使得再生温度降低到200℃～400℃。但是这类再生方法存在催化剂失活和PM反应不充分等问题。连续再生技术利用催化剂将柴油机尾气中的NO转化成NO₂，利用NO₂的强氧化性氧化PM，从而完成再生。但连续再生同样存在催化剂失活的问题，短期内不能达到该项技术的要求，难以得到推广应用。因此传统的再生技术均有一定的局限性，使用受到很大的限制。

低温等离子体(Non-thermal plasma,NTP)技术在污染物处理领域具有效率高、处理范围广、能同时处理多种污染物等优势，成为目前内燃机尾气净化领域的研究热点，具有广阔的应用前景。NTP发生器通过对空气气源进行高压放电，产生O₃、NO₂等强氧化性的活性物质。NTP再生DPF技术的实质是O₃、NO₂等活性物质与DPF内沉积的PM发生复杂的化学反应，在远低于PM起燃温度的情况下实现PM的氧化分解，达到去除PM的目的。已有试验发现，将NTP活性气体向已积聚了较多PM的DPF中单独通入一定时间后可以取得良好的再生效果。相较而言，在柴油机工作过程中，NTP活性气体与排气混合通入DPF则再生效果较差。这是因为排气极大地降低了NTP活性气体的浓度，同时由于气体流动速度较快，导致反应不充分，所以DPF再生效率较低。

发明内容